A embriologia [na medicina] estuda o desenvolvimento embrionário humano. Para que isso seja possível, o objeto de estudo são embriões de animais que possuem desenvolvimento embrionário semelhante ao nosso, já que não é ético utilizar embriões humanos para tais fins. O que me faz pensar que eu sou a pessoa mais antiética do mundo, já que pra mim um embrião humano é tão vida quanto um embrião de um cachorro, mas ok, só um desabafo.
Todos sabem que os animais surgem da fecundação de um óvulo ovócito por um espermatozoide. Mas, a formação dos gametas é importante no estudo da embriologia, pois o desenvolvimento anormal ou normal de um embrião já é seriamente comprometido dependendo da formação adequada do espermatozoide e do ovócito.
Espermatogênese
Antes de iniciar esse tópico, é necessário ter em mente um pouco da anatomia do sistema reprodutor masculino:
Sistema Reprodutor Masculino
Espermatogênese é o processo de redução de ploidia de células chamadas de espermatogônias, que têm (46, XY) cromossomos para células (23, X) e (23Y) conhecidas como espermatozoide, através da divisão meiótica. Esse fenômeno ocorre na puberdade.
O espermatozoide propriamente dito só é formado após outro processo chamado de espermiogênese, em que células haploides (espermátides), resultantes da meiose, passam por um processo de maturação.
Meiose
Não há grandes segredo no processo meiótico do terceiro grau, comparado com a ensinada no segundo grau. As novidades são mínimas. Para relembrar:
- é um processo importante para a manutenção da ploidia da espécie humana (46 cromossomos);
- permite aleatoriedade dos cromossomos maternos e paternos entre os gametas;
- é o processo em que acontece o crossing – over, importante na recombinação do material genético;
Meiose Gamética Masculina
- Período Germinativo: desde o período fetal, as células germinativas (2n) estão em repouso nos túbulos seminíferos dos testículos. Quando chega a puberdade, por causa de sinalizações celulares hormonais, elas passam a dividir – se mitoticamente e assim crescem e sofrem algumas modificações. Delas, surgem as espermatogônias (2n) que continuam se proliferando por mitose, e entramos assim no próximo estágio.
- Período de Crescimento: as espermatogônias transformam – se em espermatócito primário (2n) que são as maiores células do túbulo seminífero! Elas então, sofrem meiose, e entramos na próxima fase.
- Período de Maturação: depois da meiose, o espermatócito I dá origem [na primeira parte da meiose] a duas células n que são os espermatócitos II e possuem metade do tamanho dos espermatócitos I. Após isso, vem a segunda parte da divisão meiótica (que é como se fosse uma mitose) e formam – se 4 células haploides chamadas de espermátides (n)! E essas agora têm metade do tamanho dos espermatócitos II.
- Período de Diferenciação: as espermátides passam por um processo de transformação (espermiogênese) e ai sim, surgem os espermatozoides!
Quanto tempo demora tudo isso ai?
O processo completo de espermatogênese (incluindo a espermiogênese) demora aproximadamente 2 meses.
E o que acontece com os espermatozoides depois de terem sido produzidos?
Eles são produzidos nos túbulos seminíferos em direção à luz dos mesmos. Após isso, eles são transportados até o epidídimo e lá ficam armazenados até estarem completamente maduros, porque a espermatogênese não os deixa totalmente aptos a realizarem sua função. Após sua maturação, eles ficam guardados na vesícula seminal até que seja necessária sua expulsão. Na hora da ejaculação, esses espermatozoides passam pela próstata, onde adquire uma grande quantidade dos líquidos que formam o sêmen, e por contração do músculo do pênis eles passam dos canais deferentes à uretra.
Maturação dos Espermatozoides
Não é possível que um espermatozoide recém ejaculado fecunde um ovócito. Antes disso, ele passa por um processo chamado de capacitação.
Essa capacitação é um processo em que uma cobertura glicoproteica e proteínas seminais são removidas da superfície do acrossoma do espermatozoide. Não ocorre uma mudança morfológica nos espermatozoides que passam pela capacitação, mas ficam mais ativos. Esse processo ocorre já dentro do corpo da mulher (útero ou tubas uterinas). E ele é desencadeado por substâncias produzidas por essas porções do trato genital feminino.
Essa reação acrossômica deve ocorrer antes da fusão do espermatozoide com o ovócito. Moore a descreve assim: o acrossoma intacto do espermatozoide liga – se a uma glicoproteína da zona pelúcida. (…) Quando os espermatozoides capacitados entram em contato com a corona radiata que envolve o ovócito secundário, sofrem mudanças moleculares complexas que resultam no desenvolvimento de perfurações no acrossoma. Ocorrem, então, vários pontos de fusão da membrana plasmática do espermatozoide com a membrana acrossômica externa. O rompimento das membranas nesses pontos produz aberturas. As mudanças induzidas pela reação acrossômica estão associadas à liberação de enzimas do acrossoma que facilitam a fecundação, incluindo a hialuronidade e a acrosina.
Essas células são responsáveis pelo processo de nutrição e suporte para as células germinativas nos túbulos seminíferos.
Células de Sertoli
Morfologia do Espermatozoide
Morfologia do Espermatozoide
O espermatozoide pronto para fecundar corresponde a uma das células mais especializadas do ser humano (juntamente com o ovócito). Ele é dividido em duas grandes parte: cabeça e cauda.
Na cabeça há presença de organelas chamadas de acrossomas, que são provenientes do Complexo de Golgi. Elas revestem a cabeça do espermatozoide como um capuz. Nelas, há enzimas que são imprescindíveis para a fecundação, o espermatozoide precisa delas para perfurar a coronata radiata do ovócito. Ainda na cabeça, encontramos o núcleo, onde fica a bagagem genética paterna. O espermatozoide é a célula que tem o DNA da forma mais condensada possível! Mais do que nas células somáticas. Ele fica extremamente empacotado. Isso só é possível porque o enrolamento dos DNA não é feito pelas histonas, mas por outra proteína chamada de protaminas.
No segmento intermediário (praticamente na cauda), dois terços anteriores do núcleo, é onde fica a grande concentração de mitocôndrias. Elas são necessárias, porque o batimento do flagelo gasta muita energia (ATP). Essas células captam do fluido seminal a frutose para a produção de energia. O posicionamento das mitocôndrias é estratégico, elas ficam o mais próximo possível dos flagelos.
Finalmente, a cauda do espermatozoide, formada pelos segmentos: peça intermediária, peça principal e peça terminal, é onde fica o flagelo, que é uma especialização celular que confere movimento à célula. Ele é formado basicamente por centríolos. A proteína responsável pelo seu batimento é chamada dineína. Há indivíduos que são deficientes dessa proteína, caracterizando a Síndrome de Kartagener. Outro sinal dessa síndrome é que os cílios também não conseguem bater, então é comum problemas no trato respiratório.
Regulação da Espermatogênese
- Regulação Hormonal da Espermatogênese
- Na puberdade, o hipotálamo estimula a hipófise através de um sinalizador químico hormonal chamado “hormônio estimulador da hipófise” (GnRH).
- A hipófise começa então a produzir hormônio luteinizante (LH) e hormônio folículo estimulante (FSH).
- O LH irá atuar nas células de Leydig (que ficam no testículo) para estimula – las a produzir testosterona.
- O FSH irá atuar nas células de Sertoli para dar início ao processo de espermatogênese.
- A testosterona é necessária para estimular as células de Sertoli, junto com o FSH, no processo da espermatogênese.
- Passada a quantidade limite de testosterona no sangue, por feedback negativo, ela inibe o hipotálamo e a hipófise;
Problemas da Espermatogênese
Todo o processo da espermatogênese está sujeito a erro, ainda mais no homem em que ele ocorre de uma forma muito rápida. Um desses problemas é a não disjunção dos cromossomos homólogos. Quando a fecundação de um gameta que não foi corretamente formado ocorre podem ocorrer:
- Trissomia: Síndrome de Down, Síndrome de Edwards, Síndrome de Patau, Síndrome de Klinefeter;
- Monossomia: Síndrome de Turner, Mosaicismo (indivíduo com células normais e células afetadas);
- Imprinting genético: Síndrome de Prader – Willi e Síndrome de Angelman ;
Quando indivíduos possuem cromossomos a mais (como nas trissomias), pode acontecer o efeito pleiotrópico, que é quando um gene tem múltiplos efeitos sobre os órgãos. A idade também é um fator determinante para que aconteça algum desses erros. O homem, mesmo com idade avançada, muitas vezes, continua a produzir espermatozoide. A partir de uma CGP, as espermatogônias se renovam e dão muitos espermatozoides. Diferente na fêmea, em que os oócitos primários ficam em meiose I até a puberdade. A cada ciclo menstrual, eles são estimulados a iniciar a meiose. E é produzido apenas um gameta e 3 glóbulos polares, enquanto no homem são produzidos 4.
Como somente a informação genético das células germinativas são passadas para próxima geração (não adianta ter mutação nas células somáticas!!), elas ficam bem protegidas dentro do corpo.
Diferenciação Celular
De onde vêm as células germinativas primordiais (CGP)?
Até a mórula, as células são totipotentes, isto é, podem dar origem a qualquer célula do corpo. Depois da mórula, inicia – se a fase com o blastocisto, em seguida o estágio de implantação. É ai que surgem as células tronco embrionárias, camada interna de células do blastocisto. As células em volta ao blastocisto dão origem ao trofoblasto.
No embrião, também tem as células tronco embrionárias somáticas, como as encontradas no cordão umbilical (células com caráter embrionário têm capacidade de totipotência, isto é, de se transformar em vários tecidos).
É no momento da gastrulação que as células são separadas para serem as células germinativas primordiais, e o desafio dessas células é conseguirem se diferenciar em espermatogônias e ovogônias. As células germinativas surgem em uma região exterior posterior do embrião, próxima ao intestino. Entre a terceira e quarta semana, elas migram para o interior do embrião no tecido epitelial da região das gônadas e formam a futura região das gônadas. Até essa época, embora geneticamente já esteja determinado o sexo do embrião (XX – mulher e XY – homem), ainda não há atuação desas células germinativas para a formação de um indivíduo do sexo feminino ou masculino. Essa migração fez com que as células germinativas tivessem que ser maiores do que as células adjacentes. É possível observar essas células realizando esse movimento através de um marcador típico de células germinativas primordiais (CGP), que é um fator de transcrição (pois regula a transcrição), e as faz ficarem fluorescentes. No caso do homem, as CGP ficam sem sofrer alteração até a puberdade. Nessa fase, ocorre a produção de testosterona e o desencadeamento do processo de espermatogênese.
E quando ocorre a diferenciação sexual?
Até a sétima semana, não é possível anatomicamente e, até certo ponto, molecularmente, identificar se o indivíduo em formação é macho ou fêmea, as gônadas nesse estágio são chamadas de indiferenciadas. O que determina se o indivíduo vai ser macho é a presença do cromossomo Y, sem ele um ovário será formado.
“O gene SRY para o fator determinante do testículo (FDT) foi localizado na região determinante do sexo do cromossomo Y. É o FDT, regulado pelo cromossomo Y, que determina a diferenciação testicular. Sob influência deste fator organizador, os cordões sexuais primários diferenciam – se em cordões seminíferos (primórdios dos túbulos seminíferos).” (Moore)
Na oitava semana, há um estágio indiferenciado de gônadas. Durante a diferenciação, algumas estruturas degeneram e outras aumentam de tamanho. Dessa forma, na fêmea surgem as trompas uterinas e o ovário, enquanto no macho surgem o epidídimo e o canal deferente. Para o nascimento de um indivíduo do sexo masculino, além do cromossomo, é necessária também a presença da testosterona, produzida pelo próprio feto (e também de diidrotestosterona, um metabólito da testosterona e o hormônio antimulleriano (AMH)) que são responsáveis pela diferenciação sexual masculina normal.
Seria a célula a menor unidade viável na estrutura e funcionamento do corpo?
Em outras palavras: seria possível haver vida sem a unidade celular?
Não! Em termos de embriologia, não adianta ter ácido nucleico, proteínas, lipídeos, carboidratos, etc, se esses não estiverem organizados em uma estrutura celular. A membrana plasmática confere isolamento do exterior para que essas moléculas referidas consigam proporcionar o fenômeno da vida como conhecemos. E a membrana nuclear é necessária para o isolamento da região onde ocorre a transcrição proteica e também para proteger o material genético.
Como a partir da fecundação, ou seja, após a penetração do espermatozoide no ovócito, um embrião é formado?
Após a fecundação, inicia uma alta taxa de divisão celular (mitoses). Ela diminui um pouco, mas continua alta no neném e vai diminuindo até a idade de senescência. É interessante registrar que durante a clivagem do zigoto, não há tempo de ter síntese proteica. É até por isso que ele possui um pouco de vitelo para sua nutrição, necessário até que a placenta seja formada.
Todo o processo de embriogênese segue um programa de proliferação e diferenciação celular coordenado pelo genoma e regulado pelo meio ambiente. É por isso que o consumo de drogas e outras substâncias afetam tanto o desenvolvimento do embrião. Assim, a placenta por si só não é suficiente para oferecer toda segurança para o embrião.
Durante essas frequentes divisões, as células formadas se movimentam de forma ordenada. Esses movimentos podem ser classificados:
- Invaginação: devido à uma sinalização externa, células alinhadas mudam de morfologia e reorganizam a estrutura do citoesqueleto e são “puxadas”, ocorrendo a invaginação. Esse processo ocorre em todos os órgãos existentes no desenvolvimento embrionário.
Invaginação
- Ingressão: é basicamente quando algumas células recebem um estímulo e saem de uma camada e vão para outro lugar (migram), há uma reorganização da célula.
ingressão de células mesenquimais em um embrião de bolacha - do - mar
- Involução: esse movimento ocorre quando uma camada de células dobra sobre si mesma, e assim forma – se uma segunda camada.
Involução
- Epibolia: as células “se esticam”. Isso possibilita que o embrião possa mudar de tamanho tendo as células alongadas ou divididas (transitando entre um epitélio cúbico para um pavimentoso).
Epibolia
- Intercalação: duas camadas de células se transformam em uma camada única (isso também auxilia no aumento do tecido).
Intercalação
- Extensão: células migram de forma coordenada para uma região mais anterior, podendo fazer isso de uma forma convergente ou divergente
Extensão Convergente
A matriz extracelular é quem guia para onde as células devem migrar.
Células Durante o Desenvolvimento Embrionário
As células chamadas mesenquimais possuem morfologia parecida com a do fibroblasto, pois possuem também função de preenchimento. Já as células epiteliais são as responsáveis pelo isolamento da estrutura e assim, conseguem separar um órgão um do outro. Todavia, uma célula mesenquimal não será sempre dessa natureza, nem a epitelial, é possível que elas se transformem uma na outra através da diferenciação celular. Uma célula mesenquimal se transforma em uma epitelial por um processo chamado de condensação.
Outro fenômeno constante no desenvolvimento embrionário são as divisões celulares. A mitose aumenta o número de células e é a responsável, por exemplo, pela formação dos membros superiores e inferiores. A morte celular também é responsável pela formação do indivíduo, a formação dos dígitos (dedos das mãos) é dada pela morte de várias células, porque no início o embrião tem os dedos todos “coladinhos” um no outro.
O tecido que está sendo formado também pode ter seu tamanho aumentado pelo aumento da secreção de matriz extracelular. Ou também, as células podem simplesmente crescer! O tecido adiposo, por exemplo, aumenta de tamanho porque suas células têm seus citoplasmas aumentados e aguentam mais moléculas de gordura.
Qual a diferença de feto e embrião?
A formação do embrião inicia – se a partir da fecundação. Mas, para a medicina, a duração da gestação não é calculada a partir do dia de concepção,, mas sim a partir do início do último período menstrual normal da mãe, esse método é chamado de “idade gestacional menstrual”, e ele avalia em duas semanas a mais a idade gestacional real. Assim, embora não seja utilizado o dia correto da concepção, é necessária a utilização desse método, pois é mais fácil ser estabelecida a contagem usando – se esse raciocínio.
Partindo – se dessa concepção, temos que o período embrionário é da primeira à oitava semana, o fetal é da nona à vigésima.
As primeiras duas semanas de gestação contadas DESDE A FECUNDAÇÃO (e não o método clínico) é um período crítico, pois qualquer erro no desenvolvimento do embrião é letal, pode ser até que ele nem consiga nidar no endométrio uterino. Às vezes, ele consegue até mesmo nidar, mas morre por qualquer motivo, e a mãe nem sabe que ocorreu a concepção. Depois dessa fase crítica, inicia – se outra e o sistema nervoso começa, junto com outras partes importantes do corpo, a ser construído. Um erro durante essa fase não necessariamente é letal, mas pode trazer graves sequelas mentais para o bebê. Até a décima sexta semana esse período crítico é estendido, pois nessa fase está em desenvolvimento: sistema nervoso, coração, membros superiores e inferiores, olhos. Por isso que, é imprescindível que o meio em que a grávida está inserida seja considerado pelo médico, pois quaisquer substâncias que ela entre em contato pode ser fatal para o neném.
Folhetos Embrionários
“Blastocisto: Após 2 ou 3 dias, a mórula entra no útero, a partir da tuba uterina (tuba de Falópio). Rapidamente, uma cavidade preenchida por líquido (a cavidade blastocística) se desenvolve no seu interior. Esta mudança converte a mórula em blastocisto. Suas células localizadas centralmente – a massa celular interna ou embrioblasto – formam o primórdio do embrião.” (Moore).
Blastocisto Humano
A camada externa do blastocisto dá origem aos anexos embrionários. A parte interna dá origem ao indivíduo. É com o blastocisto que ocorre o primeiro fenômeno de diferenciação celular.
O nome das células que envolvem o blastocisto é citotrofoblasto.
A camada interna do blastocisto se organiza e inicia o outro estágio chamado de gástrula. Daí, sofre um processo de gastrulação, em que se formam três camadas germinativas!
- Ectoderme: desse folheto nascem a pele, sistema nervoso, células pigmentárias (melanócitos) e células da crista neural.
- Endoderme: desse folheto nascem o trato digestório, pulmão, tireóide e outros órgãos, forma as células germinativas.
- Mesoderme: é folheto que dá origem à tecidos de preenchimento, fica no “meio do corpo”, e dá origem ao músculo cardíaco, músculo esquelético, algumas células do rim e todo tecido hematopoietico (sangue) e músculo liso, músculo da face, osso, cartilagem.
Vocabulário Importante
- Totipotente: células capazes de gerar quaisquer outras, até células germinativas;
- Pluripotente ou Multipotente: células capazes de se diferenciarem em quase todas tecidos humanos;
- Unipotente: célula capaz de se diferenciar em apenas um único e específico tipo de célula
Referências MOORE, K.; PERSAUD, T.V.N; (2004). p. 2 a 20. Embriologia Clínica. 8ed.
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